建筑结构隔震减掁和振动控制探究

摘要：近年来我国进入了地震的高发时期，造成重大人员伤亡和巨大经济损失，造成这些损失的主要原因是建筑物的倒塌。建筑的隔震减掁成为建筑行业刻不容缓的研究课题，随着我国对地震研究的深入，建筑结构的隔震减掁体系也逐步完善。这篇文章简单介绍了建筑结构的隔震减掁体系并对隔震减掁和振动的控制进行了探讨。
关键词：建筑结构；隔震减掁；调整研讨
建筑结构隔震减掁的应用控制
隔震技术是指通过在基础与上部结构之间设置隔震层，将二者隔离开来，从而隔离了地面运动能量向建筑物上层结构的传递，以减小建筑物的地震反应，这样就有效减小地震时建筑物发生的位移和变形，保证了建筑物的安全。隔震结构体系能够有效减小结构的水平地震作用，已经为国外强震证实，大量的试验和工程经验表明，通常情况下隔震结构可使水平地震加速度反应降低60%，从而有效减轻或者消除结构地震破坏程度，使建筑物的抗震安全性能得到提高，震后建筑物继续使用功能大大加强。
建筑结构隔震减掁的应用范围
通常隔震技术对于底层及多层建筑较为合适，基本周期小于ls的建筑结构采用隔震技术往往效果最佳，对于周期较大的建筑效果则不明显。隔震技术的主要应用范围如下:

1.地震区二至三十层的民用建筑。如住宅楼、学校、旅馆、商场、剧院。

2.地震区生命线工程。如急救中心、医院、指挥所、通信中心、交通枢纽等。

3.地震区的重点保护建筑。如历史性建筑、档案馆、博物馆、危险品仓库等。

4.存放有重要仪器的建筑。如精密仪器中心、试验中心、天文馆等。

5.桥梁、架空输水渠等重要建筑物。

6.构造物或设备、仪器、设施等不符合抗震要求者而需要采用隔震技术进行加固改良的建筑物。

7.位于抗震设防高烈度地区的建筑物。

据统计，世界上目前己建成了大约5000余栋隔震建筑，这些采用了隔震技术的建筑大部分都在历次大地震中表现出了非常良好的抗震能力，经受住了实际灾害的考验。目前，建筑隔震在日、美等发达国家已经成为建筑抗震的主流。而在国内，隔震技术的研究和隔震也渐趋成熟，尤其是橡胶支座隔震技术已进入了推广应用的阶段。《建筑抗震》规范吸收了国内外研究成果中较为成熟的部分，在此基础上增加了隔震和消能减震一章。我国在90年代兴起了隔震技术应用的，相继建设了一批隔震建筑，大多位于山西、新疆和云南等地，占50%以上。在四川地震灾区，除西昌有部分试点外，隔震技术的应用还是空白。

三、建筑结构隔震建筑的形式分析

建筑隔震结构控制理论是一种新的隔震理论，结构控制主要研究结构工程中控制装置的理论和实施方法,控制结构是根据给定的条件将结构和控制装置作为一个整体进行优化。
1.建筑结构基础性隔震 所谓基础隔震,就是在建筑物的基础与上部结构之间增设高度很矮但具有足够可靠性的隔震层,控制地面运动向上部结构传递,地震时其能量可反馈到地面或由隔震层吸收,以大大减小结构及构件的地震反应,确保建筑物的整体安全。内部设备不发生破坏或丧失使用功能,室内人员不遭受伤害也不会有强烈震感。同时,还可防止结构内部的次生灾害，主震后无需避震疏散,即使发生罕遇大震隔震房屋也不会倒塌。
基础性隔震是一种建筑抗震新技术,大量试验研究及多次强震实践表明,基础性隔震以其极少的投资换取很大的安全系数。基础滑动隔震效果受地面运动频率特性的影响较小,几乎不会发生共振现象。其中使用的橡胶隔震垫不仅有良好的隔震性能,而且该技术在造价方面也有其优越性。隔震结构与一般结构相比,费用增加的部分包括隔震构件、隔震层上面的楼面及相应的费用和施工费用，但在整体的造价方面却并不高出工程建筑的资金预算。 采用基础隔震上应注意，在建筑物周边隔震层部分要比基础大一圈，因此场地要宽裕。隔震层的周围设挡土墙,其上部有墙外狭道。因此，要确保地震时不因上部结构的移动而带来其它问题，为方便检查和更换隔震装置使设备适应隔震层的位移和变形,常采用柔性连接或球型接点,但要注意考虑安放装置及检修的空间。隔震建筑物与其它建筑物之间的联系通道要适应相对变形,确保畅通无阻。
2.建筑结构中间层隔震 在高出建筑基础以上的中间楼层设置隔震层,下部结构同普通建筑物一样直接与地基接触。因此，它不存在基础隔震建筑的底部体积和墙体数量问题,但隔震层以下的楼层需要做抗震处理。在场地不太宽裕时可把隔震层在地面以上,在空形有利于节约用地,同时也能有效减少地基的挖土量。 采用中间层隔震,上应注意为适应隔震层的移动变形,该部分的建筑外墙应设水平缝,要考虑防水、隔音、防火等,也要注意立面的协调美观。解决楼梯、电梯井、机器升降、设备管线等贯穿隔震层的问题,并考虑防火区间的划分，便于检查、更换隔震装置及耐火材料等。
隔震装置布置和选取的一般原则为隔震层具有适当的水平度,在强风作用下隔震层具有足够的初始度,在较大地震作用时,隔震层产生柔性变形,能大大减小水平地震作用。隔震层的水平度中心宜与上部结构的质心基本一致，隔震装置具有足够的竖向承载力和水平变形能力,在发生大震时,可安全稳定地支撑建筑物,不会出现失稳破坏。隔震装置具有良好的自动复位功能,在发生大震后,可基本复位到初始位置,当发生余震时,可继续有效发挥隔震作用。隔震装置具有较大的竖向度,在竖向荷载作用下,竖向位移被控制在允许值以内。隔震装置具有较好的稳定性,在可能出现的荷载范围以内,确保其变化较小，并且具有良好的耐久性,具有良好抗徐变性特点,在建筑物的使用期内能有效发挥隔震作用。

四、关于建筑结构的隔震设置的调整研讨

隔震建筑在振动性能和抗震性方面提高了建筑结构的附加价值，因此,与以往建筑比较时应考虑进行综合评价。在考虑隔震建筑的造价时,不仅要考虑其初始造价,还要考虑其使用阶段期间遭受地震损坏的维修、重建、内部物品的损坏和经济损失。在此意义上,关于建筑结构的隔震设置调整研讨具有重要的使用意义。

1.采用新的结构材料、新的施工技术和施工体系

隔震技术不仅在新建工程中获得应用,而且已用于现有建筑的抗震加固改造。隔震装置可安装在结构的防火层或设备层,隔震层可设置在结构的不同部位,如基础、中间层等,也可设置在房屋的顶层,同时起到结构加层和抗震加固的目的。由于传统的加固改造技术对结构震后的性能和不可靠程度缺乏准确地了解,故较难达到强度和延性的合理匹配。采用隔震技术对结构进行加固改造,通过在隔震层设置刚度很小的隔震装置,将地震变形集中到隔震装置上,相对于依靠结构本身的较高强度和较低变形来吸引地震能量而言,隔震结构的周期和阻尼都有很多的提高,故加速度和位移反应明显降低。同时,耗能减震加固改造技术,以及吸振减震加固改造技术，开辟了高出建筑隔振改造的新途径。
工程技术人员一直在用标准规范进行结构安全控制,同时又不断地修正标准、规范和探索新的方法。我国结构安全系数的演变经历了从容许应力法、破损阶段法、计算极限状态法到现在的概率极限状态法。应该说,我国在结构安全控制方面取得了长足的进步。当然,即便是被认为跻身于国际先进行列的我国可靠度方法,也还存在很多难以解决的理论和实践问题,有待进一步的探讨、完善和提高。因此专家指出，当用概率理论计算的指标与成熟的工程经验相矛盾时,要修正前者使之服从后者,因为后者更符合工程逻辑。

五、必须重视建筑隔振结构耐久性的研究

目前对结构的耐久性问题还认识不足,往往是凭经验增加一些构造措施来加以弥补,缺乏在耐久性方面系统的理论研究和完善措施。耐久性研究需要宏观的定性描述和微观机理的定量分析,这是今后需要加强和深化的一项重要工作。 我国在耐久性方面主要存在标准、规范、规程跟不上的问题,缺乏全面、完善、可靠的措施。
规范对耐久性的要求,主要应在构造和材料性能方面明确指标规定,要对有些规定进行系统的机理研究,如对混凝土的徐变、碳化、碱骨料反应及钢筋锈蚀与时间的关系。影响耐久性的因素很多,需要加强的措施也很复杂,应重视灌浆不密实而产生的结构耐久性问题,要完善无粘结预应力工艺,加强张拉端和固定端锚具的选用和防腐措施,确保全密封方面的技术措施。要重视楼层中收缩和温度构造配筋要求,解决现楼板中出现的收缩、温度裂缝给使用带来的危害和由此造成的钢筋锈蚀等结构耐久性问题。
结语：近年来随着对地震的研究越来越深入,关于隔震技术的研究与应用取得了很大进展,尤其是基础隔震技术在我国已有许多工程实例。根据《建筑抗震规范》中的相关规定,建筑结构隔震技术在工程建设实践中有着重要的指导作用。
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